Quaternary amine functionalized chitosan for enhanced adsorption of low concentration phosphate to remediate environmental eutrophication

吸附 磷酸盐 壳聚糖 富营养化 化学 Zeta电位 朗缪尔吸附模型 生物高聚物 解吸 胺气处理 戊二醛 环境化学 核化学 营养物 化学工程 色谱法 有机化学 纳米颗粒 聚合物 工程类
作者
Samantha E. Mackay,François Malherbe,Daniel S. Eldridge
出处
期刊:Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects [Elsevier BV]
卷期号:653: 129984-129984 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.colsurfa.2022.129984
摘要

Phosphate contamination of natural waterways from agricultural runoff is a major global issue due to its widespread occurrence and severe environmental effects, namely accelerated eutrophication, and subsequent negative impacts on aquatic ecosystems. This study reports on the synthesis of a biopolymer capable of remediating environmentally relevant concentrations of phosphate: a glutaraldehyde crosslinked chitosan, quaternised with 2-chloro-N,N-diethylethylamine hydrochloride (DEAE). This modification generated a notable increase in the overall positive surface charge on the chitosan promoting adsorption of phosphate anions. The chemical transformations on the adsorbent's surface are evidenced by the significant shift in zeta potential, increasing from –12 eV to +27 eV at pH 7, and analysis of the XPS spectra showed a substantial increase in the N1s peak centred at 402 eV, corresponding to the positively charged amine species. Langmuir isotherm modelling indicated the maximum capacity for phosphate to be 20.1 mg P/g and a Langmuir constant of 1.15 L/mg. Other adsorption studies were designed to focus on the identified issue of low concentration phosphate removal and demonstrated the modified-chitosan to be a highly effective adsorbent: using an adsorbent dose of 2 g/L resulted in 97% removal, leaving less than 0.1 ppm P in solution. A higher removal, 98.4%, was achieved at a dose of 6 g/L, however this represented considerable diminishing returns. Furthermore, there was no measurable loss of the intrinsic adsorption ability after 9 adsorption-desorption cycles showing exceptionally effective regeneration using 0.1 M NaCl.
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